一种推进剂管路交叉输送系统的制作方法
【专利摘要】一种推进剂管路交叉输送系统，包括氧化剂单向阀（1）、第一氧化剂隔离阀（2）、氧化剂分离阀（3）、第二氧化剂隔离阀（4）、氧化剂交叉输送管路（5）、燃烧剂单向阀（6）、第一燃烧剂隔离阀（7）、燃烧剂分离阀（8）、第二燃烧剂隔离阀（9）、燃烧剂交叉输送管路（10）、燃烧剂启动隔离阀（11）、氧化剂启动隔离阀（12）、助推燃烧剂输送管（13）、助推氧化剂输送管（14）、芯一级氧化剂输送管（15）和芯一级燃烧剂输送管（16）。本系统可以提高液体运载火箭的运载能力，使其能够达到三级火箭的效率。当助推飞行段，其中一台发动机出现故障时，推进剂可通过交叉输送管路继续输送给其他发动机使用，从而实现了动力系统冗余。
【专利说明】一种推进剂管路交叉输送系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于助推器和芯级火箭之间推进剂共用管理的交叉输送系统。
【背景技术】
[0002]对于液体运载火箭，目前多采用助推与芯级分别采用独立的贮箱自带推进剂的形式，助推和芯级分别配置独立的推进剂输送系统将贮箱内的推进剂输送给各自的发动机使用。助推级和芯级发动机同时点火飞行，分别消耗自身携带的推进剂，当助推级贮箱内的推进剂消耗完毕后，助推分离，芯级继续消耗自身剩余推进剂飞行，直到芯级推进剂耗关机。这种推进剂利用方相对独立，一旦助推发动机出现故障关机后，助推贮箱内的推进剂得不到充分利用，将直接导致发射任务失败。
【发明内容】
[0003]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供了一种推进剂管路交叉输送系统，通过改进液体运载火箭的推进剂利用方式实现助推器和芯级推进剂共用，可以提高火箭运载能力并能够实现动力系统冗余。
[0004]本发明的技术解决方案是:一种推进剂管路交叉输送系统，包括氧化剂单向阀、第一氧化剂隔离阀、氧化剂分离阀、第二氧化剂隔离阀、氧化剂交叉输送管路、燃烧剂单向阀、第一燃烧剂隔离阀、燃烧剂分离阀、第二燃烧剂隔离阀、燃烧剂交叉输送管路、燃烧剂启动隔离阀、氧化剂启动隔离阀、助推燃烧剂输送管、助推氧化剂输送管、芯一级氧化剂输送管和芯一级燃烧剂输送管；
[0005]助推级贮箱内的氧化剂由助推氧化剂输送管引出后分成两路，一路将氧化剂送至助推级发动机使用，另一路依次串联氧化剂单向阀、第一氧化剂隔离阀、氧化剂分离阀和第二氧化剂隔离阀后形成氧化剂交叉输送管路汇入芯一级氧化剂输送管；芯一级贮箱内的氧化剂经芯一级氧化剂输送管引出，然后串接氧化剂启动隔离阀后与氧化剂交叉输送管路连通并接至芯一级发动机；
[0006]助推级贮箱内的燃烧剂由助推燃烧剂输送管引出后分成两路，一路将燃烧剂送至助推级发动机使用，另一路依次串联燃烧剂单向阀、第一燃烧剂隔离阀、燃烧剂分离阀和第二燃烧剂隔离阀后形成燃烧剂交叉输送管路汇入芯一级燃烧剂输送管；芯一级贮箱内的燃烧剂经芯一级燃烧剂输送管引出，然后串接燃烧剂启动隔离阀后与燃烧剂交叉输送管路连通并接至芯一级发动机。
[0007]本发明与现有技术相比的优点在于:本发明通过在助推器与芯级之间设置交叉输送管路、单向阀、隔离阀和分离阀，实现推进剂的共用。在助推飞行阶段，助推器和芯级的发动机同时点火，发动机只消耗助推器贮箱内的推进剂，助推器内推进剂消耗完毕后，芯级隔离阀打开，芯级贮箱内的推进剂继续供给芯级发动机使用，交叉输送管路上的隔离阀关闭保证管路密封，分离阀分离后实现助推器与芯级的分离。在助推器分离后，火箭的结构重量减轻，而芯级贮箱内仍保留满箱的推进剂，因此能够大大提高其运载能力。另外，当助推器一台发动机出现故障时，现役运载火箭在能够保证火箭姿态的前提下，助推器贮箱内的推进剂得不到利用，将减弱其有效载荷的入轨能力。若采用交叉输送技术，助推器贮箱内的推进剂仍然可以通过交叉输送管路继续提供给芯级发动机使用，保证发动机出现故障时火箭仍可以将有效载荷送入预定轨道。
[0008]本系统可以提闻液体运载火箭的运载能力，使其能够达到二级火箭的效率。使用交叉输送系统与不使用交叉输送系统相比能够提高大约12%的运载能力。当助推飞行段，其中一台发动机出现故障时，推进剂可通过交叉输送管路继续输送给其他发动机使用，从而实现了动力系统冗余。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明系统的组成原理框图。I 一氧化剂单向阀，2—第一氧化剂隔离阀，3—氧化剂分离阀，4一第二氧化剂隔离阀，5—氧化剂交叉输送管路，6—燃烧剂单向阀，7—第一燃烧剂隔离阀，8—燃烧剂分离阀，9 一第二燃烧剂隔离阀，10—燃烧剂交叉输送管路，
11一燃烧剂启动隔离阀，12—氧化剂启动隔离阀，13—助推燃烧剂输送管，14 一助推氧化剂输送管，15—芯一级氧化剂输送管，16—芯一级燃烧剂输送管。
【具体实施方式】
[0010]推进剂交叉输送技术一种高效的推进剂利用技术，通过交叉输送管路将助推器和芯级推进剂输送管路连接起来，在助推飞行段，助推器贮箱中的推进剂在供给自身发动机的同时，通过交叉输送管路输送给芯级发动机使用。它主要适用于两级或多级并联同时启动工作的飞行器，如捆绑式运载火箭和航天飞机等，能够有效提高运载火箭的运载能力并能够实现动力系统冗余。
[0011]本发明推进剂管路交叉输送系统的原理如图1所示。系统组成包括氧化剂单向阀I，第一氧化剂隔离阀2，氧化剂分离阀3，第二氧化剂隔离阀4，氧化剂交叉输送管路5，燃烧剂单向阀6，第一燃烧剂隔离阀7，燃烧剂分离阀8，第二燃烧剂隔离阀9，燃烧剂交叉输送管路10，燃烧剂启动隔离阀11，氧化剂启动隔离阀12，助推燃烧剂输送管13，助推氧化剂输送管14，芯一级氧化剂输送管15，芯一级燃烧剂输送管16。
[0012]芯一级火箭捆绑两个助推器，助推1、助推II和芯一级采用相同的构型，在助推1、助推II和芯一级氧化剂、燃烧剂之间分别设置交叉输送管路。助推II交叉输送管路原理与助推I相同，均汇入芯一级输送管路。
[0013]如图1所示，助推级贮箱内的氧化剂由助推氧化剂输送管14引出，串联氧化剂单向阀1，第一氧化剂隔离阀2、氧化剂分离阀3和第二氧化剂隔离阀4后形成氧化剂交叉输送管路5汇入芯一级氧化剂输送管15，汇总后分别输送给芯级的发动机使用。芯一级氧化剂输送管15在汇总节点前安装有氧化剂启动隔离阀12。
[0014]助推级贮箱内的燃烧剂由助推燃烧剂输送管13引出，串联燃烧剂单向阀6，第一燃烧剂隔离阀7，燃烧剂分离阀8和第二燃烧剂隔离阀9后形成燃烧剂交叉输送管路10汇入芯一级燃烧剂输送管16，汇总后分别输送给芯级的发动机使用。芯一级燃烧剂输送管16在汇总节点前安装有燃烧剂启动隔离阀11。
[0015]氧化剂单向阀I和燃烧剂单向阀6用于防止芯一级输送管内推进剂压力高于助推输送管内推进剂压力时，芯一级输送管路内推进剂返流至助推输送管路。
[0016]第一氧化剂隔离阀2，第二氧化剂隔离阀4，第一燃烧剂隔离阀7，第二燃烧剂隔离阀9用于交叉输送管路分离后的管路密封，防止推进剂泄漏。
[0017]氧化剂分离阀3和燃烧剂分离阀8用于实现交叉输送管路分离，管路分离后进而实现助推和芯级火箭的分离。
[0018]燃烧剂启动隔离阀11和氧化剂启动隔离阀12用于隔离芯一级贮箱内的推进剂并按照时序完成打开动作，实现控制芯一级推进剂出流。
[0019]系统工作过程:在飞行准备阶段，氧化剂和燃烧剂加注完成后，首先关闭氧化剂启动隔离阀12和燃烧剂启动隔离阀11，飞行初始时刻，当助推器推进剂开始流动时，氧化剂单向阀I和燃烧剂单向阀6在压差作用下自动打开，推进剂在流向助推发动机的同时，分别通过氧化剂交叉输送管路5、燃烧剂交叉输送管路10流向芯一级发动机，给芯级发动机提供推进剂。在助推飞行末段，助推1、助推II内的推进剂消耗殆尽，由控制系统时序控制氧化剂启动隔离阀12和燃烧剂启动隔离阀11打开，芯一级贮箱内推进剂开始流向芯一级的发动机，为芯一级发动机提供推进剂，当芯一级推进剂压力超过助推1、助推II推进剂压力后，氧化剂单向阀I和燃烧剂单向阀6自动关闭，防止芯一级推进剂流向助推发动机。
[0020]氧化剂单向阀I和燃烧剂单向阀6关闭后，控制系统时序控制氧化剂交叉输送管路5上的第一氧化剂隔离阀2、第二氧化剂隔离阀4关闭，同时燃烧剂交叉输送管路10上的第一燃烧剂隔离阀7、第二燃烧剂隔离阀9关闭。助推发动机关机后，控制系统时序控制氧化剂分离阀3和燃烧剂分离阀8关闭并分离。助推1、助推II和芯一级之间的管路分离后，完成助推1、助推II和芯一级火箭分离。
[0021]每个助推级发动机消耗自身2/3推进剂，另外1/3推进剂输送给芯一级发动机使用。当助推器分离时，芯一级仍然保留满箱的推进剂，此时继续供给芯一级发动机使用，因此达到了三级火箭的性能，提高了火箭的运载能力。
[0022]本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【权利要求】
1.一种推进剂管路交叉输送系统，其特征在于:包括氧化剂单向阀(I)、第一氧化剂隔离阀(2)、氧化剂分离阀(3)、第二氧化剂隔离阀(4)、氧化剂交叉输送管路(5)、燃烧剂单向阀(6)、第一燃烧剂隔离阀(7)、燃烧剂分离阀(8)、第二燃烧剂隔离阀(9)、燃烧剂交叉输送管路(10)、燃烧剂启动隔离阀(11)、氧化剂启动隔离阀(12)、助推燃烧剂输送管(13)、助推氧化剂输送管(14)、芯一级氧化剂输送管(15)和芯一级燃烧剂输送管(16); 助推级贮箱内的氧化剂由助推氧化剂输送管(14)弓丨出后分成两路，一路将氧化剂送至助推级发动机使用，另一路依次串联氧化剂单向阀(I)、第一氧化剂隔离阀(2)、氧化剂分离阀(3)和第二氧化剂隔离阀(4)后形成氧化剂交叉输送管路(5)汇入芯一级氧化剂输送管(15);芯一级贮箱内的氧化剂经芯一级氧化剂输送管(15)引出，然后串接氧化剂启动隔离阀(12)后与氧化剂交叉输送管路(5)连通并接至芯一级发动机； 助推级贮箱内的燃烧剂由助推燃烧剂输送管(13)引出后分成两路，一路将燃烧剂送至助推级发动机使用，另一路依次串联燃烧剂单向阀(6)、第一燃烧剂隔离阀(7)、燃烧剂分离阀(8)和第二燃烧剂隔离阀(9)后形成燃烧剂交叉输送管路(10)汇入芯一级燃烧剂输送管(16);芯一级贮箱内的燃烧剂经芯一级燃烧剂输送管(16)引出，然后串接燃烧剂启动隔离阀(11)后与燃烧剂交叉输送管路(10 )连通并接至芯一级发动机。
【文档编号】F02K9/44GK103670800SQ201310577108
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】马方超, 刘文川, 张立强, 丁建春, 修建生, 周浩洋, 曾斌, 史淑娟, 林杨, 满满, 吴姮, 帅彤 申请人:北京宇航系统工程研究所, 中国运载火箭技术研究院